[OOP] 객체지향 5대 원칙(SOLID) - 리스코프 치환 원칙 (LSP)

이번 글에서는 객체지향의 5대 원칙 중, 리스코프 치환 원칙 (LSP)에 대해 알아봅니다!

다섯가지 원칙 SOLID 는 아래와 같습니다.

1. 단일 책임 원칙 (Single Responsibility Principle)
2. 개방 폐쇄 원칙 (Open Close Principle)
3. 리스코프 치환 원칙 (Liscov Substitution Principle)
4. 인터페이스 분리 원칙 (Interface Sergregation Principle)
5. 의존성 역전 원칙 (Dependency Inversion Principle)

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✅ 리스코프 치환 원칙 (LSP)

Liscov Substitution Principle

• 리스코프 치환 원칙이란 부모 객체와 자식 객체가 있을 때 부모 객체를 호출하는 동작에서 자식 객체가 부모 객체를 완전히 대체할 수 있다는 원칙이다.

객체 지향 프로그래밍에서 상속이 일어나면, 하위 타입인 자식 객체는 상위 타입인 부모 객체의 특성을 가지며, 그 특성을 토대로 확장할 수 있습니다.

리스코프 치환 원칙은 올바른 상속을 위해, 자식 객체의 확장이 부모 객체의 방향을 온전히 따르도록 권고하는 원칙입니다!

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🤓 코드로 보는 단일 책임 원칙

리스코프 치환 원칙 설명시에 많이 사용되는 예제인 직사각형, 정사각형 관계를 코드로 나타내보겠습니다.

🎐 LSP를 위반한 예제 코드

다음은 직사각형 Rectangle을 구현한 클래스입니다. 너비와 높이 값을 지정, 반환 할 수 있으며 넓이를 계산할 수 있습니다.

public class Rectangle {

    public int width;
    public int height;

    // 너비 반환, Width Getter
    public int getWidth() {
        return width;
    }
    // 너비 할당, Width Setter
    public void setWidth(int width) {
        this.width = width;
    }

    // 높이 반환, Height Getter
    public int getHeight() {
        return height;
    }
    // 높이 할당, Height Setter
    public void setHeight(int height) {
        this.height = height;
    }
    
    //직사각형 넓이 반환 함수
    public int getArea() {
    	return width * height;
    }
}

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정사각형은 직사각형의 범주에 포함됩니다. 그렇다면 직사각형을 상속하여 정사각형 객체를 만들면 정상적으로 작동할까요? 직사각형 클래스를 상속 받아 정사각형 객체를 구현해보겠습니다.

public class Square extends Rectangle{
    
    @Override
    public void setWidth(int Width) {
        super.setWidth(width);
        super.setHeight(getWidth());
    }
    
    @Override
    public void setHeight(int height) {
        super.setHeight(height);
        super.setWidth(getHeight());
    }
    
}

위 코드처럼 Rectangle 객체를 상속 받은 Square 클래스에서는 정사각형의 너비와 높이가 같다는 특징을 구현했습니다. 너비와 높이 둘 중 하나를 입력해도 나머지 값이 일치되도록 메서드를 오버라이드 해주었습니다.

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이제 직사각형과 정사각형 클래스를 모두 구현해주었으니, 정상적으로 잘 작동하는지 확인해보겠습니다!

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setHeight(5);
        rectangle.setWidth(10);

        System.out.println(rectangle.getArea());

    }
}

50

먼저 Rectangle 클래스입니다. 높이 5 x 너비 10으로 직사각형의 길이가 정상적으로 잘 구해진 것을 확인해볼 수 있습니다.

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이번에는 Square 클래스를 테스트해보겠습니다.
테스트에 앞서, 리스코프 치환 원칙은 부모 객체를 호출하는 동작에서 자식 객체가 부모 객체를 완전히 대체 할 수 있다는 원칙이었습니다!

그렇다면, Rectangle 클래스에서의 테스트와 같은 값을 할당했을 때, 당연히 완전히 같은 결과를 반환해야 합니다. 확인해보겠습니다!

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Rectangle square = new Square();
        
        square.setWidth(10);
        square.setHeight(5);


        System.out.println(square.getArea());
        
    }
}

25

어째서인지, 50이 아니라 25가 반환되었습니다. 가장 마지막에 수행된 setHeight(5)가 객체의 너비와 높이르 모두 5로 할당했기 때문입니다. 그러니 당연히 넓이도 25로 출력되었습니다.

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🤕 어떻게 된 일일까요!

사실 프로그램 자체는 우리가 계획한대로, 정사각형의 넓이가 잘 구현되었습니다. 하지만 Rectangle 클래스의 동작과 그를 상속 받은 Square 클래스의 동작이 전혀 다르다는 사실을 알 수 있습니다.

이는 바로 정사각형이 직사각형을 상속 받는 것이 올바른 상속 관계가 아니라는 것을 의미합니다! 자식 객체가 부모 객체의 역할을 완전히 대체하지 못한다는 의미죠.

이렇게 잘못된 객체를 상속하거나 올바르게 확장하지 못할 경우, 겉으로 보기엔 정상적이지만 올바른 객체라고 할 수는 없습니다.

바로 이런 코드가 리스코프 치환 원칙을 위배하는 코드입니다.

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🎐 LSP를 준수한 코드

그렇다면 이 코드를 어떻게 리스코프 치환 원칙에 부합하게끔 구현할 수 있을까요?

바로 올바르게 성립하는 상속 관계를 구현해야합니다.

앞에서 우리는 직사각형과 정사각형은 바람직한 상속 관계가 성립될 수 없다는 것을 알게 됐습니다. 그렇다면, 직사각형과 정사각형 객체가, 더 큰 범주의 사각형 객체를 상속받을 수 있도록 구현해보겠습니다.

• Shape 클래스 구현

public class Shape {

    public int width;
    public int height;

    // 너비 반환, Width Getter
    public int getWidth() {
        return width;
    }
    // 너비 할당, Width Setter
    public void setWidth(int width) {
        this.width = width;
    }

    // 높이 반환, Height Getter
    public int getHeight() {
        return height;
    }
    // 높이 할당, Height Setter
    public void setHeight(int height) {
        this.height = height;
    }

    // 사각형 넓이 반환
    public int getArea() {
        return width * height;
    }
}

//직사각형 클래스
public class Rectangle extends Shape {

    public Rectangle(int width, int height) {
        setWidth(width);
        setHeight(height);
    }

}

//정사각형 클래스
public class Square extends Shape{
    
    public Square(int length) {
        setWidth(length);
        setHeight(length);
    }
    
}

Shape 클래스를 상속 받는 Rectangle 클래스와 Square 클래스입니다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
    
        Shape rectangle = new Rectangle(10, 5);
        Shape square = new Square(5);
        
        System.out.println(rectangle.getArea());
        System.out.println(square.getArea());
    }
}

50
25

메인 메서드에서 테스트해보면, 값이 잘 나오는 것을 확인할 수 있습니다.
더이상 Rectangle 객체와 Square 객체는 상속 관계가 아니므로, 리스코프 치환 원칙을 준수합니다.

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⭕️ 정리! 리스코프 치환 법칙 (LSP)

리스코프 치환 원칙은 상속되는 객체는 반드시 부모 객체를 완전히 대체할 수 있어야한다고 권고한다.

첫번째의 직사각형 클래스를 상속받은 정사각형 객체 예제처럼, 올바르지 못한 상속관계는 제거하고 부모 객체의 동작을 완벽히 대체할 수 있는 관계만 상속하도록 코드를 설계해야합니다!